帶電荷和電荷中和的納米粒子對N95過濾面罩呼吸器的穿透率（上）

引言

氣溶膠原理的定量呼吸器適合性檢驗(yàn)基于一個假設(shè)：在面罩內(nèi)檢測到的所有粒子都是由于面罩密封泄露導(dǎo)致的。當(dāng)呼吸器使用如NIOSH 100系列或99系列高效濾料且假定沒有其它呼吸器泄露途徑（例如：面罩損壞）時，該假設(shè)成立。但是，當(dāng)呼吸器使用如NIOSH 95系列較低過濾效率的濾料時，由于可能存在大量粒子穿透，該假設(shè)很可能不再有效。在適合性檢驗(yàn)過程中，任何穿透濾料的粒子都被認(rèn)為是面罩密封泄露的，這會導(dǎo)致人為的降低適合因數(shù)，即使面罩密合性可以接受，適合性檢驗(yàn)也可能無法通過。

機(jī)械過濾器的最易穿透粒徑（MPPS）取決于擴(kuò)散、攔截和撞擊截留機(jī)制，通常在300nm左右發(fā)生。然而，美國呼吸器制造商目前提供的大多數(shù)呼吸器過濾介質(zhì)，除了機(jī)械截留機(jī)制以外，還依靠靜電吸附來捕集粒子。這些帶靜電的濾材能夠在不增加呼吸阻力的情況下明顯提高粒子捕集效率。

當(dāng)TSI為PortaCount? 呼吸器適合性檢驗(yàn)儀開發(fā)用于測量N95呼吸器濾料的適合性附件—8095型N95-Companion?附件時[1]，選用了55nm粒徑的粒子，因?yàn)樗c機(jī)械過濾器的MPPS（最易穿透粒徑300nm）相距甚遠(yuǎn)。可以假定該粒徑粒子都被N95過濾器高效收集，從而確保面罩內(nèi)部測量到的任何粒子都能反映出面罩的泄露情況。

最近的研究表明，商用N95過濾器的最易穿透粒徑為40-60nm (2006年Balazy等人的研究;2007年Rengasamy等人的研究). 這和N95-Companion? 技術(shù)采用的粒徑范圍相同，因而也引發(fā)了人們對N95-Companion? 方法對使用荷電纖維的N95過濾面罩呼吸器是否有效的關(guān)注。

應(yīng)當(dāng)指出的是，Balazy等人的穿透率結(jié)果和Rengasamy等人的研究并沒有采用N95-Companion? 方法，因?yàn)樵谶@些研究中使用的氣溶膠是電荷中和的(具有玻耳茲曼電荷分布的粒子), 而N95 - Companion? 技術(shù)只能測量帶負(fù)電荷的氣溶膠。帶電荷氣溶膠和電荷中和氣溶膠的穿透特性區(qū)別是非常大的。Lee等人(2005年) 研究了N95和R95呼吸器在單極電離環(huán)境中的過濾效率。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氣溶膠荷電后，對N95和R95呼吸器的穿透率明顯降低。

此前在TSI進(jìn)行的研究表明，N95濾材的最易穿透粒徑（MPPS）確實(shí)在40-100nm的之間。然而，TSI也發(fā)現(xiàn)，穿透N95靜電濾材的粒子主要是不受靜電力影響的零電荷粒子，正、負(fù)電荷粒子都可以被靜電過濾介質(zhì)有效截留。標(biāo)稱55 nm粒子中可以穿透N95-Companion? 技術(shù)的是負(fù)電荷粒子（并被計數(shù)）,而零電荷和正電荷粒子會被N95-Companion? 技術(shù)從環(huán)境和面罩采樣中去除。由于N95-Companion? 方法僅能讓負(fù)電荷粒子有效通過并作為測試粒子，所以適合性檢驗(yàn)中所有在呼吸器中檢測到的粒子都是因?yàn)槊嬲置芊庑孤秾?dǎo)致的這個假設(shè)依然有效。因此,N95-Companion? 方法也仍舊是有效的。

為了進(jìn)一步定量測量穿透N95濾材的氣溶膠數(shù)量以及其對適合因數(shù)的影響，TSI進(jìn)行了一項(xiàng)研究，測量電荷中和、正電荷和負(fù)電荷單分散氣溶膠對多種商用N95過濾面罩呼吸器的穿透效率。

需要說明的是，通常使用TSI PortaCount^?適合性檢驗(yàn)儀測量的自然環(huán)境氣溶膠粒子通常是攜帶這靜電電荷的混合物。有些是正電荷、有些是負(fù)電荷、有些則不帶電荷。只有在實(shí)驗(yàn)室條件下才能產(chǎn)生完全由正電荷粒子、負(fù)電荷粒子或中性粒子組成的測試氣溶膠。